[发明专利]金属互连结构、半导体器件及提高扩散阻挡层性能的方法

说明书

本发明提供了一种金属互连结构、半导体器件及提高扩散阻挡层性能的方法，该金属互连结构包括互连金属层、钝化层和扩散阻挡层，所述钝化层连接在所述互连金属层和所述扩散阻挡层之间；所述扩散阻挡层为Co基合金层；所述钝化层为利用等离子体(plasma)处理所述扩散阻挡层的表面形成。该金属互连结构通过将扩散阻挡层设置为Co基合金层，可以在减少扩散阻挡层电阻率的同时为互连线保留更多有效体积；而且利用特殊气体对Co基合金层进行等离子体处理，使得其表面形成钝化层，提高阻挡特性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种金属互连结构、半导体器件及提高扩散阻挡层性能的方法。

背景技术

随着器件尺寸到达5nm及以下工艺节点，阻挡层材料的电阻率和厚度成为影响中段(MEOL)与后段(BEOL)制程互连线电阻的关键因素，严重制约了器件性能提升。传统工艺中，多使用Ta/TaN、Ti/TiN作为扩散阻挡层、粘附层，从而保证互连金属在高深宽比通孔中能无孔隙生长、台阶覆盖性良好以及阻止金属离子向介质层中扩散，提高可靠性和电迁移特性。同时，Ta/TaN或者Ti/TiN厚度不能减小太多，否则阻挡层不连续会对界面特性产生不利影响，粘附特性也会变差，影响后续Cu、W、Co等互连金属的晶粒生长。

但是，Ta/TaN、Ti/TiN电阻率高，双层结构占据了互连线有效体积，会使得互连线中有效导通电流减小，且总电阻大大增加。特别是当特征尺寸减小到5nm节点及以下时，由于电子散射和晶粒边界散射，互连线电阻率会急剧增加，因此为互连保留更多有效体积显得至关重要。

目前可使用单层Co基合金代替Ta/TaN双层结构，但Co基合金用在接触孔中时，高温长时间退火后，阻挡特性退化，容易使得接触孔中的互连金属与衬底反应形成尖刺，造成较大的漏电。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种金属互连结构、半导体器件及提高扩散阻挡层性能的方法，该金属互连结构通过将扩散阻挡层设置为Co基合金层，可以在减少扩散阻挡层电阻率的同时为互连线保留更多有效体积；而且利用特殊气体对Co基合金层进行等离子体处理，使得其表面形成钝化层，提高阻挡特性，以解决现有技术中扩散阻挡层使得互连线中有效导通电流减小以及阻挡特性易退化的技术问题。

根据一个或多个实施例，一种金属互连结构包括互连金属层、钝化层和扩散阻挡层，所述钝化层连接在所述互连金属层和所述扩散阻挡层之间；所述扩散阻挡层为Co基合金层；所述钝化层为利用等离子体(plasma)处理所述扩散阻挡层的表面形成。

根据一个或多个实施例，一种半导体器件包括：

具有导电结构的衬底；

介质层，所述介质层位于所述导电结构上方，所述介质层具有暴露所述导电结构的开口；

金属互连结构，所述金属互连结构设置在所述开口内，且与所述导电结构导电互连。

根据一个或多个实施例，一种提高扩散阻挡层性能的方法包括以下步骤：

提供具有导电结构的衬底；

形成暴露所述导电结构的开口；

覆盖所述开口内壁淀积钴基合金材料，形成扩散阻挡层；

在所述扩散阻挡层表面利用等离子体(plasma)处理形成钝化层；

在所述开口内淀积互连金属，形成互连金属层。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1a～图1d为本发明的一种实施例中提高扩散阻挡层性能方法的流程示意图；